嗜热子囊菌光孢变种内切葡聚糖酶Ⅰ基因在毕赤酵母中的表达及部分酶学性质

嗜热子囊菌是一种嗜热真菌,可以产生具有很高工业价值的内切葡聚糖酶.本研究成功表达了嗜热子囊菌内切葡聚糖酶Ⅰ基凶,并获得热稳定的重组内切葡聚糖酶.提取嗜热子囊菌光孢变种(Thermoascus aurantiacus var.levisporus)总RNA,通过RT-PCR方法克隆出内切-β-葡聚糖酶eg1基因的成熟肽编码序列.采用基因重组的方法构建该基因的巴斯德毕赤酵母Pichia pastoris分泌型表达载体pPIC9K-eg1,经线性化后采用电穿孔法将其导入毕赤酵母GS115中,大量筛选后获得高效表达内切葡聚糖酶Ⅰ的毕赤酵母工程菌株GpN24.该菌株采用甲醇诱导120 h后,内切葡聚糖酶Ⅰ的活力可达570.7 U/mL,最适温度为55℃,在90℃的条件下保温30 min后仍具有60%的酶活力;最适pH为5.0,在pH 3.0～5.0的条件下酶活力保持稳定.图6表2参16     

果胶寡糖生产菌的构建与筛选

生物酶解法是新兴益生元果胶寡糖(Pectin oligosaccharides,POS)生产的主要途径.通过构建黑曲霉来源的多聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonase,PGA)基因pga A表达载体p PIC9K-PGA,电转毕赤酵母GS115,筛选能够表达用于制备POS重组果胶酶的工程菌.利用SDS-PAGE检测诱导表达上清,TLC分析其水解产物成分,筛选得到一株特定降解果胶生成寡糖的酵母工程菌GS-12.该重组多聚半乳糖醛酸酶(Recombinant polygalacturonase,re PGA)相对分子量(Mr)为86×10~3,发酵液酶活水平24.8 U/m L;GS-12经30次传代后目的基因pga A仍能稳定遗传,水解产物成分未发生改变;酶促反应得出该酶最适温度50℃,最适p H 5.5,50℃保温5 h相对酶活保持50%以上.综上,所构建酵母工程菌GS-12遗传稳定性高,耐热性提升,作用果胶可得大分子量多糖产物,对POS的工业规模化生产具有重要价值.     

豆豉溶栓酶基因在毕赤酵母中的表达及其产物的纯化

将含有和不含前肽的豆豉溶栓酶编码序列在毕赤酵母中分别进行表达研究,发现在含有前肽的豆豉溶栓酶基因转化的毕赤酵母工程菌用甲醇诱导时,其培养液中可检测到较强的溶栓酶活性;而在不含前肽的豆豉溶栓酶基因转化的毕赤酵母菌用甲醇诱导时,培养液中未检测到溶栓酶活性.对毕赤酵母表达和分泌的豆豉溶栓酶进行了分离纯化,并对其纯化产物进行溶栓酶活性、SDS-PAGE电泳、抑制剂作用及免疫印迹分析.结果表明,分泌到培养液中的豆豉溶栓酶已经过剪切加工,其前肽已被切除,重组与天然的豆豉溶栓酶具有相同的溶栓酶活性,其所测定的各理化指标均一致.本研究实现了豆豉溶栓酶在毕赤酵母菌中成功表达,并首次直接证明了前肽对豆豉溶栓酶在毕赤酵母中分泌表达是必须的.图3表1参20     

嗜热子囊菌光孢变种β-葡萄糖苷酶的基因克隆、表达及酶学性质分析

从嗜热子囊菌光孢变种(Thermoascus aurantiacus var.levisporus)RNA中通过RT-PCR克隆出β-葡萄糖苷酶基因bgl Ⅰ的全长序列,cDNA序列为2 672 bp.Genbank登录号为EU269025,将该片段插入巴斯德毕赤酵母Pichia pastoris分泌型表达载体pPIC9K中,获得重组质粒pPIC9K/bgl,经线性化后用电穿孔法导入毕赤酵母GS115中,在醇氧化酶AOXI基因启动子作用下,获得高效表达β-葡萄糖苷酶的毕赤酵母工程菌株.经DEAE-Sepharose Fast Flow阴离子层析纯化了该重组表达蛋白.SDS-PAGER测得该重组蛋白相对分子质量(M)约为120×103.经甲醇诱导,培养基中β-葡萄糖苷酶的活力可达1.2 U/mg,小规模发酵量达0.45 mg/mL.该酶的最适反应温度为60℃,最适反应pH为5.0.于70℃保温30 min仍保持80%的酶活力,具有较高的热稳定性,在pH 3.0～9.0的条件下酸碱耐受性强.图6表1参22     

日本沼虾(Macrobrachium nipponense)N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶初步纯化及部分性质

以日本沼虾内脏为材料,通过硫酸铵沉淀分级分离、DEAE-32离子交换柱层析和SephadexG-100分子筛柱层析纯化,获得比活力为3000Umg-1、纯化倍数为8.88倍的N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶制剂(NAGase).以对-硝基苯-N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖为底物,研究酶催化底物水解的反应动力学,结果表明,酶的最适pH为6.0,最适温度为53℃.该酶在pH4.5~9.3区域较稳定,当pH>9.3很快失活;在50℃以下处理30min,酶活力保持稳定,高于50℃,酶稳定性较差,75℃酶完全失活.酶促反应动力学符合米氏双曲线方程,测得米氏常数Km为0.165mmolL-1,最大反应速度Vm为6.55μmolL-1min-1.酶催化pNP-β-D-GlcNAc反应的活化能为63.55kJmol-1.图5表1参16     

黑曲霉耐热木聚糖酶XYNB在毕赤酵母中的高效表达

高比活木聚糖酶的高效表达是进一步提高木聚糖酶发酵效价、降低生产成本的有效途径.将黑曲霉木聚糖酶基因XynB(不含信号肽)克隆到分泌型表达载体pPIC9K上,线性化后电击转化巴斯德毕赤酵母GS115,G418和PCR鉴定的阳性转化子经0.5%甲醇、在28℃诱导表达.SDS-PAGE分析表明,该蛋白相对分子质量为20×103左右.优化的诱导表达条件为,每隔12 h添加0.5%的甲醇,发酵5 d后,比活达4 757 U/mg;其最适温度为55℃,最适pH为5.0,80℃处理30min后仍有74%的残余酶活.     

无指盘臭蛙皮肤抗菌肽Odorgrin A真核表达载体的构建与转化

根据无指盘臭蛙(Odorrana grahami)皮肤抗菌肽Odorgrin A的氨基酸序列,合成了以酵母偏爱密码子编码的Odorgrin A基因片段.目的片段从合成质粒上用XhoΙ和EcoRΙ双酶切下后,与经同样限制酶酶切的pPIC9K载体连接而成表达载体pPIC9K-Odo A.PCR扩增、酶切及测序检测的结果表明表达载体构建成功.线性化的pPIC9K-OdoA经电击法转化毕赤酵母(Pichia pastoris)GS115宿主菌,营养缺陷型筛选、遗传霉素抗性筛选、PCR扩增和测序检测的结果表明,表达载体pPIC9K-Odo A成功地转化并整合入酵母基因组.用甲醇对具遗传霉素G418高抗性的Odorgrin A重组酵母菌进行诱导表达,取酵母发酵液上清经SDS-PAGE电泳检测,结果初步表明,整合进酵母基因组的抗菌肽Odorgrin A基因已获得分泌表达,表达产物相对分子质量为3×103～4×103,与理论值相近.图10参17     

植物乳杆菌BBE7的胆盐水解酶基因在毕赤酵母中的分泌表达

由于用大肠杆菌对植物乳杆菌来源的bsh基因进行胞内和胞外表达时,它们很容易形成包涵体,而且大肠杆菌的内毒素会显限制BSH的应用,所以利用毕赤酵母这一高效的表达系统对其进行了分泌表达.首先用融合PCR的方法将信号肽α-factor与BSH连接,然后再克隆到质粒pPIC9K上,得到重组质粒pPIC9K-α-factor-BSH.重组质粒经过SalⅠ线性化后转化至毕赤酵母GS115.表达产物经SDS-PAGE分析和酶活测定发现,重组BSH的相对分子质量(Mr)和胞外酶活分别为37.0×103和1.08 U mL-1.通过正交实验[L9(34)]对发酵条件优化后,胞外总酶活达到2.69 U mL-1,比原来提高了1.49倍.研究为胆盐水解酶的分离纯化、酶学性质研究以及大规模生产奠定了一定的基础.     

基于宏基因组学壳聚糖酶挖掘研究

壳聚糖酶(EC3.2.1.132)可有效地将壳聚糖降解为活性良好和应用前景广泛的低分子壳聚糖或壳寡糖,但目前存在专一性强的壳聚糖酶发酵水平低、种类单一、应用性能较差等问题.本研究从虾蟹堆积场淤泥采样,采用宏基因组文库方法,从其Fosmid文库中筛选出壳聚糖酶基因ChiE.测序表明,ChiE由1 362 bp组成,编码453个氨基酸,预测分子量(Mr)为42×103左右.将ChiE与pET-28a(+)载体连接,转化大肠杆菌Escherichia coli Rosetta-gami(DE3)构建了壳聚糖酶重组菌.采用离子交换柱(DEAE Sepharose FF)和凝胶色谱柱(SuperdexTM 75)纯化目的蛋白.酶学性质结果显示,该酶最适作用温度70℃,最适pH 6.0,Li+、Sr2+、K+等离子对其具有一定激活作用,Fe3+、Pb2+、Fe2+等离子则具有不同程度的抑制.在最适作用条件下,该酶比酶活为2 158 U/mg.本研究表明,重组菌E.coli Rosetta-gami(DE3)/ChiE具有培养简便、酶发酵产量大等优点,结果可为利用基因工程菌生产壳聚糖酶奠定基础.图5表2参17     

重组植酸酶appAM8的异源表达与性质比较

为比较在不同宿主中表达的大肠杆菌植酸酶突变体app AM8的性质,将app AM8基因分别在大肠杆菌BL21(DE3)和毕赤酵母GS115中进行表达,对纯化后的植酸酶进行酶学性质分析与比较.结果显示:(1)在大肠杆菌中表达的app AM8(E-app AM8)和酵母中表达的app AM8(P-app AM8)的最适p H值均为4.5,最适反应温度均为65℃,与野生型的app A的最适p H无明显区别,比app A的最适温度高了5℃;(2)经SDS-PAGE检测,E-app AM8分子量(Mr)大小为47×103,而P-app AM8为53×103左右,由于在酵母中的糖基化修饰电泳显示为两条带;(3)在60-80℃之间,E-app AM8的热稳定性性明显下降,而且在70℃处理15 min后,E-app AM8残余活性仅为4%,而P-app AM8仍保留50%的残余活性,表明酵母表达的植酸酶经过糖基化修饰后提高了酶的热稳定性.(4)E-app AM8的Km=0.245 mmol/L,Vmax=3196 U/mg,P-app AM8的Km=0.36 mmol/L,Vmax=3333 U/mg.本研究表明,糖基化修饰对植酸酶app AM8的热稳定性起着重要作用,8个位点的突变对该植酸酶的稳定性也起到了一定作用.     

中国虎纹捕鸟蛛神经毒素肽基因的克隆及在酵母中的表达

从中国珍稀毒蜘蛛种虎纹捕鸟蛛的粗毒中分离纯化的虎纹捕鸟蛛毒素-Ⅰ(HWTX-Ⅰ)是含33个氨基酸的多肽.有关实验已证实,HWTX-Ⅰ是一种作用于突触前膜的神经毒素和高阈值钙通道抑制剂,在电刺激时HWTX-Ⅰ也影响交感神经释放肾上腺素和迷走神经释放乙酰胆碱,这些结果表明,HWTX-Ⅰ具有潜在的镇痛活性.本文报道通过RT-PCR方法克隆、测定了HWTX-Ⅰ的cDNA序列.在此基础上,以pPIC9K为表达载体和GS115为宿主,筛选His Muts克隆,以甲醇为诱导剂,成功地构建并在毕赤酵母系统分泌表达HWTX-Ⅰ基因.进一步分析HWTX-Ⅰ表达产物,生物活性实验观察到酵母表达体系所获得的HWTX-Ⅰ产物具有与天然HWTX-Ⅰ相似的生理活性.图4参10     

产大分子levan的果糖基蔗糖转移酶的原核表达及酶学性质

Levan型果聚糖是由微生物通过果糖组成的一个均聚物,寻找可以产均一度高的大分子果聚糖的果糖基蔗糖转移酶对其工业应用具有十分重要的意义.本研究克隆了来自运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis,SCTCC102250)的果糖基蔗糖转移酶基因,并在大肠杆菌BL21(DE3)中成功实现表达.通过His-tag柱层析对表达的果糖基蔗糖转移酶进行纯化,将纯化的酶与底物蔗糖反应,经乙醇沉淀得到多糖样品,利用凝胶色谱法确定了其分子量(Mr)的大小为2×106.多糖酸水解后的样品Rt与果糖标准品的Rt保持一致,表明该聚合物为levan果聚糖.最后,通过研究果糖基蔗糖转移酶的酶学性质,确定其最适温度为40℃,最适pH为6.0,Km值为3.95 mmol/L,Vmax为1 31.58μmol m L-1 min-1.本研究通过酶法合成得到levan果聚糖,为今后制备大分子levan果聚糖提供了理论依据.     

热解糖高温厌氧杆菌β-葡萄糖苷酶的重组表达与酶学性质

β-葡萄糖苷酶是纤维素分解酶系中的重要组成部分,为从嗜热微生物中挖掘酶学性质优良的新型β-葡萄糖苷酶,解决β-葡萄糖苷酶在工业应用方面普遍存在的活力偏低、稳定性不足、易受产物抑制等问题,通过密码子优化、基因合成和分子克隆技术,从热解糖高温厌氧杆菌(Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum)基因组中挖掘新型β-葡萄糖苷酶基因bglY,构建重组表达载体pET22b-bglY,并转化至大肠杆菌BL21 (DE3)中,经IPTG诱导获得可溶性表达,采用Ni-NTA亲和层析法获得纯酶,并探究其酶学性质.结果显示,BglY属于GH1家族成员,分子量为52 × 10~3,最适反应温度65℃,70℃的半衰期达 1 h;最适反应pH 6.5,在pH 5-10范围内稳定;p-nitrophenyl-β-D-glucopyranoside (pNPG)为底物时比活为420.2 ± 5.6 U/mg,米氏常数Km值和最大反应速率V_(max)分别为2.1 ± 0.4 mmol/L和909.1 ± 6.2 μmol min~(-1) mg~(-1);该酶对β-1,4糖苷键的底物具有水解偏好性,也可以水解纤维二糖和乳糖;5 mmol/L Fe~(3+)、Fe~(2+)、Cr~(2+)、Ca~(2+)、Mn~(2+)和EDTA对酶有激活作用,1% SDS完全抑制其活性;该酶可以抵抗产物葡萄糖的反馈抑制,且0.1-0.6 mol/L浓度的葡萄糖对酶具有激活作用,其中0.4 mol/L葡萄糖可提升活性至1.3倍,当葡萄糖浓度超过0.6 mol/L时,酶的活性才开始出现抑制.本研究表明BglY是一个葡萄糖激活型β-葡萄糖苷酶,其酶学性质优异,反应pH和温度范围较广且稳定,同时能水解天然底物纤维二糖和乳糖,可在提高纤维素生物质向葡萄糖的酶促转化等方面发挥应用潜力.(图7表3参32)     

应用体内和体外方法评价原油水溶性组分和原油污染的地表水对淡水生物的内分泌干扰潜力

目前关于原油对淡水水生脊椎动物内分泌信号的潜在影响的认知有限。本文以非洲爪蟾(爪蟾属，X. laevis)蝌蚪和莫桑比克罗非鱼幼鱼(口孵非鲫属，O. mossambicus)为研究对象，选择风化原油和未风化提炼后的原油这2种原油的水溶性组分(WAFs)进行暴露实验，选择出可作为内分泌信号改变的生物标志物的基因，对其表达进行了研究。此外，将X. laevis蝌蚪暴露于靠近地下石油库的地表水中，对上述基因表达做了定量分析。利用重组酵母对原油、原油水溶性组分和地表水的(抗)雌激素和(抗)雄激素性进行了评价。在X. laevis对2种原油WAFs的响应中，甲状腺激素受体β表达均显著下调，而另一种与甲状腺相关的基因，2型脱碘酶，在O. mossambicus暴露于高浓度的原油WAF时被上调。此外，这2种WAFs都改变了与脂肪生成相关的过氧化物酶体增殖物激活受体γ在X. laevis中的表达。原油和WAFs在体外表现出抗雌激素和抗雄性激素的活性。然而，O. mossambicus雄激素受体2作为唯一一个代表生殖系统的基因，受到WAF暴露的影响显著。在地表水样品中发现了雌激素、抗雌激素和抗雄激素的作用；但是，在暴露于地表水的X. laevis中没有观察到任何基因表达的明显变化。在所用的2种模式生物以及2种原油中，响应各不相同。尽管如此，这些数据提供了证据证明原油污染可能会因内分泌信号转变对淡水鱼和两栖动物的健康造成不利影响。
精选自Truter, J. C., van Wyk, J. H., Oberholster, P. J., Botha, A.-M. and Mokwena, L. M. (2017), An evaluation of the endocrine disruptive potential of crude oil water accommodated fractions and crude oil contaminated surface water to freshwater organisms using in vitroand in vivo approaches. Environmental Toxicology and Chemistry, 36: 1330–1342. doi: 10.1002/etc.3665
详情请见http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/etc.3665/full